L’épineux problème de garder l’heure d’Internet

En 1977, David Mills, un ingénieur et informaticien excentrique, a pris un emploi chez COMSAT, une société satellite dont le siège est à Washington, DC Mills était un bricoleur invétéré : il avait autrefois construit une prothèse auditive pour l’oncle d’une petite amie et avait consulté Ford sur la façon dont les ordinateurs à bande papier pourraient être installés dans les voitures. Maintenant à COMSATMills s’est impliqué dans la ARPANET, le réseau informatique qui allait devenir le précurseur d’Internet. Une poignée de chercheurs utilisaient déjà le réseau pour connecter leurs ordinateurs distants et échanger des informations. Mais la fidélité de ces données échangées était menacée par une lacune distincte : les machines ne partageaient pas une seule heure synchronisée fiable.

Au fil des décennies, Mills avait acquis une vaste expertise en mathématiques, en ingénierie et en informatique. Au début des années 70, en tant que chargé de cours à l’Université d’Édimbourg, il avait écrit des programmes qui décodaient les signaux radio et télégraphiques à ondes courtes. Plus tard, en grande partie pour le plaisir, il avait étudié comment les horloges d’un réseau électrique pouvaient errer plusieurs secondes au cours d’une chaude journée d’été. (L’ampleur de leurs changements ne dépendait pas seulement de la température, mais aussi du fait que le réseau utilisait du charbon ou de l’hydroélectricité.) Il se concentrait maintenant sur le problème de la gestion du temps sur un vaste réseau informatique. Le temps de l’horloge, a appris Mills, est le résultat d’une recherche incessante de consensus. Même les heures indiquées par les « horloges maîtresses » les plus précises au monde sont des composites des lectures de plusieurs horloges atomiques. Les horloges principales, à leur tour, sont moyennées pour aider à créer le temps civil international, connu sous le nom de temps universel coordonné et initialisé en tant que UTC

Pour résoudre le problème de synchronisation de l’heure sur le ARPANET, Mills a construit ce que les programmeurs appellent un protocole – un ensemble de règles et de procédures qui crée une lingua franca pour des appareils disparates. La ARPANET était expérimental et capricieux : l’électronique tombait régulièrement en panne et les mauvais comportements technologiques étaient fréquents. Son protocole cherchait à détecter et à corriger ces méfaits, créant un consensus sur le temps grâce à un ingénieux système de suspicion. Mills se vantait d’une nomenclature puckish, et donc son système de synchronisation d’horloge distinguait les “truechimers” fiables des “fauxtickers” trompeurs. Un système d’exploitation nommé Fuzzball, qu’il a conçu, a facilité les premiers travaux. Mills a appelé sa création le Network Time Protocol, et NTP est rapidement devenu un élément clé de l’Internet naissant. Les programmeurs ont suivi ses instructions lorsqu’ils ont écrit le code de chronométrage pour leurs ordinateurs. En 1988, Mills avait affiné NTP au point qu’il pouvait synchroniser les horloges d’ordinateurs connectés qui indiquaient des heures très différentes à quelques dizaines de millisecondes près – une fraction de clin d’œil. “J’ai toujours pensé que c’était une sorte de magie noire”, m’a dit Vint Cerf, un pionnier de l’infrastructure Internet.

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Aujourd’hui, nous tenons la synchronisation de l’heure mondiale pour acquise. Il est essentiel à Internet, et donc à la civilisation. Les systèmes vitaux – réseaux électriques, marchés financiers, réseaux de télécommunications – en dépendent pour conserver des archives et trier les causes des effets. NTP travaille en partenariat avec des systèmes satellites, tels que le système de positionnement global (GPS), et d’autres technologies pour synchroniser l’heure sur nos nombreux appareils en ligne. L’heure conservée par des horloges atomiques précises et étroitement alignées, par exemple, peut être diffusée via GPS vers de nombreux récepteurs, y compris ceux des tours cellulaires ; ces récepteurs peuvent être connectés à des serveurs NTP qui distribuent ensuite l’heure sur des appareils reliés entre eux par Internet, qui exécutent presque tous NTP (les horloges atomiques peuvent également fournir directement l’heure aux serveurs NTP.) Le protocole fonctionne sur des milliards d’appareils, coördinant l’heure sur tous les continents. La société n’a jamais été aussi synchronisée.

Pendant des décennies, Mills a été la personne qui a décidé du fonctionnement du NTP (bien qu’il conteste la suggestion selon laquelle il a agi avec une souveraineté totale). Excentrique, épineux, autoritaire et parfois opaque – « Il ne supporte pas volontiers les imbéciles », a déclaré un collaborateur de longue date – il a servi de père du temps sur Internet. Mais son mandat touche à sa fin. Mills est né avec un glaucome. Quand il était enfant, un chirurgien a réussi à sauver une partie de la vision de son œil gauche, et il a toujours travaillé sur de très grands écrans d’ordinateur. Il y a environ une décennie, sa vision a commencé à défaillir et il est maintenant complètement aveugle. L’examen du code informatique et la rédaction d’explications et de corrections sont devenus extrêmement fastidieux. Dessiner des diagrammes ou composer des équations mathématiques complexes est presque impossible.

Il y a quelques années, j’ai rendu visite à Mills dans sa modeste maison de la banlieue du Delaware. Lui et sa femme, Beverly, y vivent depuis 1986, lorsque Mills est devenu professeur à l’Université du Delaware, poste qu’il a occupé pendant vingt-deux ans jusqu’à sa retraite. Alors que nous étions assis dans sa cuisine, notre conversation était régulièrement interrompue par une voix automatisée annonçant l’heure de la pièce voisine. Les horloges du four et du micro-ondes n’étaient pas synchronisées. Mills, qui a une barbe blanche comme neige et portait un pull de pêcheur anthracite, suit l’heure pour lui-même à l’aide d’une montre-bracelet parlante, qui se connecte par signaux radio à une horloge maîtresse du Colorado.

Il m’a conduit à l’étage jusqu’à son bureau, se frayant lentement un chemin à travers la maison en cherchant une série de “points de navigation” mémorisés. À son bureau, où un chat gisait sur un équipement de radioamateur crépitant, Mills s’assit devant son ordinateur. Il a utilisé le clavier pour afficher un document de recherche sur lequel il travaillait, avec des suggestions d’améliorations pour NTP (il demande à sa femme et à sa fille de relire ce qu’il tape.) Alors qu’il utilisait les touches fléchées pour faire défiler, l’ordinateur parlait à haute voix. “Ce mémo explore de nouvelles améliorations en matière de sécurité et de protocole”, a déclaré une voix. “Blanc. Table des matières. Blanc. Une. Deux. Deux points. . . . Trois. Trois. Quatre. Quatre points un. . . .” Bientôt, il se perdit. “Je fais ce que je peux en utilisant la voix que vous entendez”, a déclaré Mills. “Mais je m’observe et commente ce qui suit : l’homme a été créé pour faire de la composition anglaise par le globe oculaire.”

La technologie ne s’arrête pas. Internet continue de croître en échelle et en complexité ; même si son infrastructure vieillit, notre monde dépend de plus en plus de son fonctionnement. L’évolution continue du système de synchronisation temporelle d’Internet est essentielle. Et pourtant, l’incapacité de Mills à contribuer rapidement au NTP a sapé son autorité sur celui-ci. En son absence, seules quelques personnes semblent à la fois capables et disposées à superviser le logiciel critique mais négligé. Un concours d’influence sur la façon dont les horloges sont synchronisées sur Internet a commencé.

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Mills est né en 1938 à Oakland, en Californie, onze ans après le développement de la première horloge à noticias et neuf ans avant la construction du premier transistor. Il a pris un train à vapeur dans une école pour malvoyants, à San Mateo, et s’est émerveillé devant les ingénieurs qui le dirigeaient. À l’adolescence, il est devenu un passionné de modélisme ferroviaire et de radioamateur, communiquant avec des amis et reliant les Navy Seabees au pôle Sud à leurs épouses. Son père, ingénieur et vendeur, a cofondé National Oil Seal, une entreprise qui fabriquait des équipements pour prévenir les fuites dans les machines. (“Vous ne savez peut-être pas ce que c’est, mais il y en a au moins deux dans le moteur de votre voiture”, lui a dit son père, à propos des sceaux.) Sa mère a suivi une formation de pianiste au Toronto Conservatory of Music avant de rester à la maison pour l’élever, lui et ses deux jeunes frères.

La famille a déménagé et les professeurs de Mills n’ont pas toujours tenu compte de sa déficience visuelle. Mills se souvient d’un enseignant de onzième année qui lui avait dit : « Tu n’iras jamais à l’université » – une remarque qui était « comme agiter un drapeau devant un taureau », a-t-il dit. En 1971, Mills a obtenu un doctorat. en informatique et sciences de la communication à l’Université du Michigan ; après un passage de deux ans à enseigner à Édimbourg, il a déménagé avec sa femme et ses deux enfants à l’Université du Maryland, qui lui a refusé la permanence après cinq ans. “C’était la meilleure chose qui me soit jamais arrivée”, a déclaré Mills. Il a commencé à travailler à COMSAToù il avait accès à des financements du ministère de la Défense, dont une partie était destinée au ARPANET. “C’était un bac à sable”, a-t-il déclaré plus tard à un intervieweur. « On nous a simplement dit : ‘Faites de bonnes actions.’ Mais les bonnes actions étaient des choses comme développer le courrier électronique et les protocoles. Une partie de l’attrait du travail de synchronisation temporelle, m’a-t-il dit, était qu’il était à peu près le seul à le faire. Il avait son « petit fief » à lui.

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Dans NTP, Mills a construit un système qui permettait un bricolage sans fin, et il a trouvé de la joie dans l’optimisation. “L’utilisation réelle des informations temporelles n’était pas d’un intérêt central”, a-t-il rappelé. L’Internet naissant avait peu d’horloges à synchroniser. Mais au cours des années quatre-vingt, le réseau s’est développé rapidement et, dans les années quatre-vingt-dix, l’adoption généralisée des ordinateurs personnels a obligé Internet à intégrer des millions d’appareils de plus que ses premiers concepteurs ne l’avaient envisagé. Les codeurs ont créé des versions de NTP qui fonctionnaient sur les machines Unix et Windows. D’autres ont écrit des “implémentations de référence” de NTP – des bases de code open source qui illustraient comment le protocole devait être exécuté et qui étaient librement disponibles pour que les utilisateurs s’adaptent. Les organismes gouvernementaux, y compris l’Institut national des normes et de la technologie (NIST) et l’US Naval Observatory, ont commencé à distribuer le temps conservé par leurs horloges mères à l’aide de NTP

Une communauté lâche de personnes à travers le monde a mis en place ses propres serveurs pour fournir du temps via le protocole. En 2000, les serveurs NTP ont répondu à dix-huit milliards de requêtes de synchronisation temporelle provenant de plusieurs millions d’ordinateurs. Dans les années qui ont suivi, avec la prolifération du haut débit, les requêtes adressées aux serveurs NTP les plus actifs ont décuplé. Les serveurs de temps étaient autrefois “bien éclairés aux États-Unis et en Europe mais sombres ailleurs en Amérique du Sud, en Afrique et dans le Pacifique”, a écrit Mills dans un article de 2003. “Aujourd’hui, le Soleil ne se couche jamais ou ne s’approche même pas de l’horizon sur NTP.” Les programmeurs ont commencé à traiter le protocole comme une hypothèse – il leur semblait naturel que le temps synchronisé soit disponible de manière fiable et facilement. Le petit fief de Mills était partout.

NTP fonctionne en disant aux ordinateurs d’envoyer de minuscules messages horodatés aux dispositifs de vérification de l’heure qui leur sont supérieurs dans une hiérarchie. La couche supérieure de la hiérarchie se compose de serveurs qui sont étroitement connectés à des horloges très précises maintenues en étroite synchronisation avec le temps universel coordonné. Le temps s’écoule ensuite, de strates en strates, jusqu’aux machines au bas de la hiérarchie, comme les ordinateurs portables ordinaires. Le protocole suit les instants qui s’écoulent lorsqu’un message de vérification du temps est envoyé, reçu, renvoyé et reçu à nouveau par son expéditeur d’origine. Pendant tout ce temps, une collection d’algorithmes – le “suppresseur de pic de pop-corn”, le “filtre huff-n’-puff” – passe au crible les données, distinguant les faux et les vrais chimères et indiquant aux horloges comment ajuster leurs temps en fonction de ce les messages horodatés le leur disent.

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